為什麼我們吃了鹹的薯片之後想喝水，為什麼在運動後想喝功能性飲料？近日，國際頂級學術期刊《自然》雜誌在線發表了一項來自美國加州理工學院Dr. Yuki Oka研究團隊的最新成果，能夠解釋這一人人都經歷過的日常行為背後的細胞與腦環路基礎。
該研究揭示了哺乳動物具有兩種類型的渴覺及相應的液體攝入模式：當體液滲透壓升高時，我們會尋求純淨水來稀釋血液；當我們因為出汗等原因流失體液時，我們會同時尋求水和鹽(礦物質)溶液以維持內環境穩態。
這項工作首次闡明了大腦是如何區分並調節這兩種渴覺狀態的，並通過優化的單細胞轉錄組測序方法首次揭示了具有特定調控功能的神經元類群，進一步成功通過光遺傳學方法復現了液體攝入表型，驗證了神經元類群功能和行為之間的因果關係。
外周感覺系統，例如嗅覺和味覺，可以通過不同的細胞類型檢測多種不同的信號。作為中樞感覺系統的大腦，可以調控至少兩種類型的渴覺，雖然兩種渴覺都會引起液體攝入的行為，但對溶質的偏好卻截然不同，以維持內環境穩態。然而，實現該特定行為的神經細胞與環路基礎仍不清楚。
以往研究發現，通過光遺傳激活小鼠該腦區全部的興奮性神經元，會強烈促使其飲水。為了證明兩種渴覺下，生理狀態和神經元激活是如何聯繫的，論文第一作者艾倫·赫爾曼·普爾主導優化了單細胞轉錄組測序方法，通過加入放線菌素D「凍存」轉錄組，最大程度減少細胞的轉錄組在實驗過程中發生變化，實現了將動物的生理狀態和神經元活性進行映射。
團隊在進一步研究中構建了能最全面標記被激活神經元的轉基因小鼠，來進行神經元類群的功能性驗證。一方面，通過光遺傳激活特定神經元類群，復現了相應生理狀態下的液體攝入模式；另一方面，通過化學遺傳抑制特定神經元類群，相應生理狀態下的行為受到了損傷。這項研究從激活和抑制兩個方面，驗證了神經元類群功能和行為之間的因果關係。
論文合著第二作者、南開大學生命科學學院2016級生物伯苓班本科生王童彤稱，「有趣的是，研究發現大腦感受並調控高滲透壓和低血容量兩種口渴的神經元類型不同，中樞感覺系統存在，由不同類型細胞介導不同生理狀態的這一模型。在不同場景下喝不同的飲料，是受到生理本能支配的。」